Костин В.Н. Электропитающие системы и электрические сети

Подождите немного. Документ загружается.

111

Регулировочные трансформаторы TL вводят добавочное напряжение в

основную обмотку трансформатора (автотрансформатора) и применяются в

следующих случаях:

для регулирования напряжения на подстанциях с трансформаторами без

РПН при групповом (рис. 7.4,а) или индивидуальном (рис. 7.4,б) регулирова-

нии;

для регулирования напряжения на подстанциях с трансформаторами с

РПН, от которых питаются потребители с разным характером

нагрузки (рис.

7.4,в); характер нагрузки потребителя 3 значительно отличается от характера

нагрузки потребителей 1 и 2;

для регулирования низшего напряжения на подстанциях с автотранс-

форматорами, снабженными устройствами РПН в обмотке среднего напря-

жения (рис. 7.4,г).

а) б)

Рис. 7.3. Принципиальные схемы включения РПН в автотрансформаторах

Принципиальная схема одной фазы линейного регулировочного транс-

форматора TL показана на рис. 7.5,а. Этот регулировочный трансформатор

состоит из последовательного трансформатора Т1, который вводит добавку

напряжения

ΔU в обмотку основного трансформатора Т, и регулировочного

автотрансформатора Т2, который за счет ответвлений меняет величину этой

добавки.

Векторная диаграмма напряжений показана на рис. 7.5,б. Напряжения

без регулирования U

, U

отличаются от напряжений U

, U

, по-

лученных в результате регулирования, на величину добавки напряжения

ΔU.

112

а) б) в) г)

Рис. 7.4. Принципиальные схемы включения линейных регулировочных

трансформаторов

а) б)

Рис. 7.5. Принципиальная схема включения регулировочного

трансформатора (а) и векторная диаграмма напряжений (б)

7.4. Выбор регулировочных ответвлений трансформаторов

Задача выбора регулировочных ответвлений трансформаторов заключа-

ется в том, чтобы при любых возможных изменениях напряжения в электри-

ческой сети обеспечить на шинах вторичного напряжения трансформатора

требуемое напряжение.

Рассмотрим простейшую схему электрической сети (рис. 7.6,а). От ЦП,

представленного шинами неизменного напряжения U

=const, через линию

электропередачи W и трансформатор Т питается нагрузка мощностью S

= Р

+ jQ

. Напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора рав-

ны соответственно U

и U

. Трансформатор имеет устройство РПН.

В схеме замещения сети (рис. 7.4,б) линия представлена сопротивлением

, трансформатор представлен приведенным к первичному напряжению со-

113

противлением Z

и идеальным трансформатором Т без потерь мощности и

напряжения, изменяющим напряжение в соответствии с коэффициентом

трансформации k

. Вторичное напряжение, приведенное к обмотке высшего

напряжения, обозначено U'

. Действительное вторичное напряжение состав-

ляет U''

=U'

Изначально полагаем, что контакты РПН находятся на нулевом ответв-

лении U

отв о

. Номинальный коэффициент трансформации

= U

вн

нн

= U

отв

нн

=U'

/U''

(7.2)

может изменяться за счет РПН.

а)

б)

в)

Рис.7.6. Схема электрической сети (а), схема замещения (б) и эпюра напряжения (в)

Эпюра напряжения в сети показана на рис. 7.6,в. Напряжение на первич-

ной обмотке трансформатора U

отличается от напряжения cистемы U

на ве-

личину потерь напряжения в сопротивлении Z

–ΔU

. (7.3)

Напряжение на выводах вторичной обмотки трансформатора, приведен-

ное к обмотке высшего напряжения, отличается от напряжения U

на величи-

ну потерь напряжения в сопротивлении трансформатора Z

114

–ΔU

zт

. (7.4)

Действительное напряжение на вторичной обмотке составляет

U''

=U'

вн

=U'

нн

отв о

. (7.5)

Пусть действительное напряжение U''

отличается от требуемого напря-

жения U''

н т

. Необходимо переключить РПН c нулевого ответвления U

отв о

на

требуемое ответвление U

отв т

, обеспечивающее на вторичной обмотке транс-

форматора напряжение

U''

н т

=U'

нн

отв т

. (7.6)

Из последнего выражения определяется напряжение требуемого регули-

ровочного ответвления:

отв т

=U'

нн

/U''

н т

. (7.7)

Полученное напряжение требуемого регулировочного ответвления ок-

ругляется до стандартного значения U

отв

и определяется действительное на-

пряжение на вторичной обмотке трансформатора после регулирования

=U'

нн

отв

. (7.8)

После регулирования напряжение на вторичной обмотке трансформато-

ра изменится до требуемого значения. Из эпюры напряжения, показанной на

рис. 7.6,в, видно, что регулирование напряжения эквивалентно введению до-

полнительного напряжения

ΔU в схему электрической сети.

Определение стандартных напряжений регулировочных ответвлений по-

ясним на конкретном примере. Для большинства трансформаторов с номи-

нальным первичным напряжением U

вн

=115 кВ диапазон регулирования на-

пряжения составляет +

1,78 %. Для таких трансформаторов стандартные

напряжения ответвлений определяются как

отв i

вн

+ i

1,78U

вн

/100, (7.9)

где +

i = +(0, 1, 2, … 9) – номера ответвлений.

Для повышения напряжения на вторичной обмотке трансформатора его

коэффициент трансформации необходимо уменьшить, что соответствует зна-

ку минус в выражении (7.8). Для понижения напряжения на вторичной об-

мотке трансформатора – наоборот.

В качестве примера в табл. 7.2 приведены стандартные напряжения от-

ветвлений трансформатора с номинальным первичным напряжением U

вн

=115

115

кВ. Данные приведенной таблицы можно использовать для определения по

выражению (7.8) напряжения на вторичной обмотке трансформатора после

регулирования.

Таблица 7.2

N ответвления U

отв

, кВ N ответвления U

отв

, кВ

0 115 0 115

−1

112,95 +1 117,04

−2

110,91 +2 119,09

−3

108,86 +3 121,14

−4

106,82 +4 123,19

−5

104,77 +5 125,23

−6

102,72 +6 127,28

−7

100,67 +7 129,33

−8

98,63 +8 131,37

−9

96,58 +9 133,42

7.5. Регулирование напряжения в распределительных сетях 6-20 кВ

Задача оптимизации режима напряжений в распределительных сетях на-

пряжением 6-20 кВ является весьма важной, поскольку эти сети находятся в

непосредственной электрической близости от потребителей. В таких сетях,

называемых еще сетевыми районами, электроэнергия к потребителям рас-

пределяется от ЦП, под которыми понимаются шины распределительных

устройств вторичного напряжения (6…20 кВ) понижающих подстанций ЭЭС.

Схема сетевого

района представляет собой разомкнутую радиально-

магистральную или петлевую сеть. Трансформация электроэнергии на низ-

шую ступень напряжения 0,4 кВ осуществляется через распределительные

трансформаторы с устройствами ПБВ.

Сетевые районы представляют собой фактически индивидуальные сис-

темы электроснабжения городских, сельскохозяйственных или промышлен-

ных потребителей и в этом отношении являются взаимно независимыми под-

системами низшей ступени

иерархической структуры ЭЭС. Связь каждого

сетевого района с электрической сетью более высокого уровня осуществля-

ется через шины ЦП.

Возможности активного воздействия на режим напряжения в сетевом

районе оказываются весьма ограниченными. Одной из причин такой ограни-

ченности является массовость сетевых районов. В одной региональной ЭЭС

насчитываются десятки сетевых районов, тысячи подстанций 6...20/0,4 кВ

Поэтому в сетевых районах целесообразны наиболее простые и дешевые

116

средства регулирования напряжения – трансформаторы с ПБВ и нерегули-

руемые батареи конденсаторов.

Другой причиной является отсутствие точной исходной информации о

параметрах режимов сетей. Такая информация может быть получена либо в

результате наблюдения эксплуатационным персоналом за показывающими и

регистрирующими приборами, либо автоматически от устройств телемехани-

ки. Оба способа получения информации от сотен узлов

сетевого района не

представляются реальными. В силу малочисленности эксплуатационного

персонала не всякий сетевой район может позволить себе не только постоян-

ное наблюдение за приборами, но даже проведение единовременных кон-

трольных замеров режимных параметров на каждой подстанции района. Ос-

нащение сетевого района средствами телеизмерений и телесигнализации по-

требует экономически неоправданных затрат

на эти средства.

Таким образом, фактические данные о режиме сетевого района по на-

пряжению на каждый момент времени отсутствуют. Имеются лишь более

или менее достоверные данные о максимальных и минимальных нагрузках

узлов и сетевого района в целом.

При сложившейся ситуации оперативное управление режимом сетевого

района по напряжению сосредоточивается в ЦП. Закон

регулирования на-

пряжения в ЦП определяется [4]: устройства регулирования напряжения

должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах 6...20 кВ элек-

тростанций и подстанций, к которым присоединены распределительные

сети, в пределах не ниже 1,05U

ном

в период наибольших нагрузок и не выше

ном

в период наименьших нагрузок этих сетей.

Регулирование напряжения в ЦП распределительной сети называется

централизованным регулированием напряжения. Регулирование, при кото-

ром напряжение на шинах ЦП в период наибольших нагрузок повышается, а

в период наименьших нагрузок уменьшается, называется встречным регули-

рованием напряжения.

Рассмотрим подробнее принцип встречного регулирования напряжения

в ЦП сетевого района.

На рис. 7.7 показана упрощенная схема сетевого рай-

она. От шин ЦП через распределительный трансформатор с сопротивлением

РТ

получают питание ближние потребители электроэнергии БП. От шин ЦП

отходит линия сопротивлением Z

, в конце которой через распределительный

трансформатор с сопротивлением Z

РТ

подключены дальние потребители элек-

троэнергии ДП.

Напряжение у ближнего потребителя БП составляет

117

цп

–ΔU

рт

, (7.10)

где U

цп

– напряжение в ЦП;

ΔU

рт

– потеря напряжения в распределительном трансформаторе.

Рис. 7.7. Схема сети и эпюры напряжений, поясняющие принцип встречного

регулирования напряжения

Напряжение у дальнего потребителя ДП составляет

цп

–ΔU

рт

, (7.11)

где

ΔU

– потеря напряжения в сопротивлении линии Z

Согласно ГОСТ 13109-97 нормально допустимые значения отклонений

напряжения у потребителей находятся в диапазоне +

5 % U

ном

. При поддержа-

нии в ЦП напряжения, равного номинальному U

цп

ном

, изменения напря-

жения от ЦП до БП и ДП, вычисленные по (7.10) и (7.11), характеризуются

эпюрами 1 для режима максимальной нагрузки и эпюрами 2 для режима ми-

нимальной нагрузки. Из этих эпюр видно, что напряжение у БП в режимах

минимальной и максимальной нагрузок находится в допустимых пределах. В

режиме минимальной нагрузки напряжение у ДП

находится в допустимых

пределах. В режиме максимальной нагрузки напряжение у ДП ниже допус-

тимого значения.

Для поддержания допустимого уровня напряжения у дальних потреби-

телей в режиме максимальной нагрузки необходимо повысить напряжение в

118

ЦП. При увеличении напряжения в ЦП до значения U

цп

=1,05U

ном

изменения

напряжений в сети до ближнего и дальнего потребителей характеризуются

эпюрами 3. В этом случае напряжения у дальнего и ближнего потребителей

находятся в допустимых пределах.

Таким образом, напряжение на шинах ЦП в режиме максимальной на-

грузки необходимо поддерживать не ниже 1,05U

ном

, а в режиме минимальной

нагрузки – на уровне U

ном

В ряде случаев централизованное встречное регулирование не может

обеспечить требуемый уровень напряжения. Это обусловлено различными

параметрами линий, отходящих от ЦП, и неоднородностью графиков нагруз-

ки различных потребителей. В таких случаях необходимо использовать ме-

стное регулирование напряжения у потребителей, для которых не обеспечи-

вается требуемый уровень напряжения.

В качестве средств местного

регулирования напряжения могут использо-

ваться регулировочные трансформаторы, компенсирующие устройства, уста-

новки продольной компенсации. Выбор того или иного средства регулирования

напряжения должен быть обоснован техническо-экономическими расчетами.

Как правило, регулировочные трансформаторы TL целесообразно уста-

навливать в ЦП для регулирования напряжения у отдельной группы потреби-

телей. Такая схема показана на рис. 7.8,а.

Потребители группы В существен-

но отличаются по удаленности, мощности и графику нагрузки от потребите-

лей группы А.

Для местного регулирования напряжения у мощных и удаленных нагру-

зок целесообразно использовать компенсирующие устройства Q

(рис. 7.8,б).

Установка компенсирующего устройства разгружает сеть от реактивной

мощности, уменьшает потери напряжения в сети и, как следствие, улучшает

режим напряжения не только у удаленного потребителя, но и во всей сети.

а) б)

Рис. 7.8. Схемы местного регулирования напряжения

119

Использование продольной компенсации, т. е. конденсаторов, включае-

мых в рассечку линии (рис. 7.8,б), позволяет скомпенсировать индуктивное

сопротивление линий Х

, за счет этого уменьшить потери напряжения и улуч-

шить режим напряжения в сети.

Результирующее реактивное сопротивление линий при продольной ком-

пенсации составляет

X=X

–Х

. (7.12)

Такое средство регулирования напряжения в распределительных сетях

применяется редко, поскольку установки продольной компенсации являются

достаточно дорогими, сложными в эксплуатации, нуждаются в специальной

защите от токов короткого замыкания.

7.6. Основы регулирования напряжения в распределительных сетях

110-220 кВ и системообразующих сетях

Распределительные электрические сети напряжением 110...220 кВ объе-

диняют по стороне высшего напряжения центры питания распределительных

сетей напряжением 6-20 кВ. Сети 110...220 кВ в большей мере оснащены

устройствами телемеханики, позволяющими передавать в диспетчерский

центр информацию о режимных параметрах в различных узлах сети, а из

диспетчерского центра – команды на изменение параметров устройств регу-

лирования режима сети

Сети 110...220 кВ имеют между собой сильные электрические связи и

общий режим работы. Управление режимом таких сетей осуществляется с

помощью автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ),

одной из функций которой является регулирование напряжения.

Одной из основных задач регулирования напряжения в распределитель-

ных сетях 110...220 кВ является обеспечение минимальных суммарных по-

терь активной мощности

ΔP

при соблюдении допустимых уровней напря-

жения и технических ограничений по диапазону регулирующих устройств.

Вопросы регулирования напряжения в таких сетях решаются как при

проектировании развития этих сетей, так и при управлении их режимами.

При проектировании решаются вопросы обеспечения баланса реактив-

ной мощности, обоснования пунктов размещения устройств регулирования

напряжения, выбора их типа, мощности

, диапазона регулирования. При

управлении режимами задача регулирования напряжения состоит в наиболее

полном использовании имеющихся устройств регулирования напряжения для

достижения экономического эффекта.

120

Линии электропередачи за счет емкостной проводимости генерируют ре-

активную мощность Q

. В частности, один километр ВЛ 500 кВ генерирует

приблизительно 1 Мвар реактивной мощности и эта мощность не зависит от

токовой нагрузки линии. В часы максимума нагрузки мощность Q

частично

или полностью компенсируется потерями реактивной мощности в индуктив-

ном сопротивлении линии. В часы минимума нагрузки в линии создается из-

быток реактивной мощности, что может привести к недопустимым внутрен-

ним перенапряжениям на отдельных участках ВЛ. Поэтому при регулировании

напряжения в системообразующих сетях напряжением 330 кВ и выше решает-

ся, главным образом,

задача ограничения внутренних перенапряжений, обу-

словленных избытком реактивной мощности, генерируемой воздушными ли-

ниями электропередачи.

Для регулирования режима реактивной мощности, выравнивания напря-

жения вдоль линии и снятия внутренних перенапряжений используются шун-

тирующие реакторы LR. Эти реакторы, включенные между фазой и землей,

потребляют избыточную реактивную мощность. Включение реактора осуще-

ствляется специальным реакторным выключателем

при превышении напряже-

нием в точке подсоединения реактора допустимого значения.

Контрольные вопросы к разделу 7

1. Каковы нормально допустимые и предельно допустимые значения отклонения

напряжения на выводах приемников электрической энергии?

2. Каковы наибольшие и наименьшие рабочие напряжения электрических сетей и

чем они обусловлены?

3. Дайте классификацию устройств регулирования напряжения.

4. Изобразите принципиальную схему трансформатора с ПБВ и РПН.

5. Поясните последовательность работы РПН.

6. В какой обмотке трансформатора устанавливается

РПН?

7. Как выбирается требуемое регулировочное ответвление?

8. Что такое централизованное регулирование напряжения?

9. Сформулируйте требования к уровню напряжения в ЦП 6-20 кВ в режиме наи-

большей и наименьшей нагрузки.

10. Какие средства местного регулирования напряжения применяются в распреде-

лительных сетях 6-20 кВ?

11. Сформулируйте основную цель регулирования напряжения в распределитель-

ных сетях 110-220 кВ.

12.

Какая основная задача решается при регулировании напряжения в системообра-

зующих сетях?